离子交换法海水提钾过程优化 ——单柱模拟

论文摘要

离子交换法由于具有良好的选择性和较高的产品回收率,在海水提钾领域已得到广泛应用。随着离子交换设备的不断发展与更新,连续离子交换技术开始应用于海水提钾工艺中。计算机技术的迅猛发展使连续离子交换分离技术进行模拟研究成为可能。由于数学模型的设计和优化不受实验条件的限制,因此更有利于分离过程复杂机理的研究。连续离子交换法海水提钾过程模拟研究是以单柱吸附和洗脱过程的模拟为基础进行的,因此本文分别对单柱吸附和洗脱过程进行模拟研究,考察不同操作参数和因素对实验的影响,为连续离子交换法海水提钾工艺的模拟研究提供理论支持与参考。通过查阅文献选取数学模型和模拟所需的相关参数,在此基础上利用COMSOL仿真模拟软件对单柱钾离子吸附和洗脱过程分别进行模拟。将模拟结果与实验结果相对照,可见平衡扩散模型的模拟效果要优于理想模型。在单柱吸附模拟过程中,选定进料浓度、柱长、柱径和离子交换等温线方程的基础上,随着孔隙率的减小,穿透曲线的穿透时间基本保持不变,保留时间不断增大;而随着传质系数的增大,穿透曲线的穿透时间不断减小,保留时间基本不变;不同流速对穿透曲线的影响较为复杂,随着进料流速的增大,穿透时间不断减小,保留时间也不断减小。单柱洗脱模拟过程与吸附类似,但所得结果有不同。孔隙率的变化对模拟结果的影响不大,但使流出曲线发生平移的总趋势还是存在的,不影响其穿透时间;而随着传质系数的增大,穿透时间减小的速率不断减小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 第二章 文献综述
• §2-1 离子交换技术
• 2-1-1 概述
• 2-1-2 离子交换的原理与特点
• 2-1-3 离子交换法
• 2-1-4 小结
• §2-2 离子交换设备
• 2-2-1 固定床离子交换设备的发展及特点
• 2-2-2 模拟移动床离子交换设备的发展及特点
• 2-2-3 连续离子交换设备
• §2-3 连续离子交换技术
• 2-3-1 连续离子交换设备的原理及特点
• 2-3-2 连续离子交换系统的应用
• §2-4 海水提钾研究的发展与现状
• 2-4-1 二苦胺法
• 2-4-2 东工流程
• 2-4-3 天然沸石法
• §2-5 离子交换技术的模拟
• 2-5-1 数学模型
• 2-5-2 模拟研究现状
• §2-6 COMSOL模拟软件
• 2-6-1 COMSOL软件的发展
• 2-6-2 COMSOL模型库
• 2-6-3 COMSOL模拟软件的应用
• §2-7 本课题的研究意义
• 第三章 计算机模拟基础理论
• §3-1 离子交换柱过程
• §3-2 MATLAB仿真算法
• §3-3 模型的选取
• 3-3-1 理想模型
• 3-3-2 平衡扩散模型
• 3-3-3 模型的无量纲化
• 3-3-4 模型的初始和边界条件
• 第四章 单柱吸附过程的模拟研究
• §4-1 模拟参数的测定与选取
• 4-1-1 钾离子吸附过程的操作参数
• 4-1-2 物理化学参数
• §4-2 模拟结果及讨论
• 4-2-1 不同模型对模拟效果的影响
• 4-2-2 孔隙率对模拟效果的影响
• 4-2-3 传质系数对模拟效果的影响
• 4-2-4 进料流速的选取对模拟结果的影响
• 第五章 单柱洗脱过程的模拟研究
• §5-1 模拟参数的测定与选取
• §5-2 模拟结果及讨论
• 5-2-1 平衡模型模拟结果
• 5-2-2 孔隙率对模拟效果的影响
• 5-2-3 传质系数对模拟效果的影响
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参与的科研项目和所取得的相关成果